玻璃纤维-钢板增强复合材料电池包上盖性能研究

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20250428.018

复合材料科学与工程 ›› 2025, Vol. 0 ›› Issue (4): 143-152.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20250428.018

• 工程应用 • 上一篇

玻璃纤维-钢板增强复合材料电池包上盖性能研究

王居闯¹, 曹清林^1*, 邱睿¹, 任明伟², 郭平安³

1.江苏理工学院机械工程学院,常州 213001;
2.北京机科国创轻量化科学研究院有限公司德州分公司,德州 253000;
3.中机精密成形产业技术研究院(安徽)股份有限公司,芜湖 241000

收稿日期:2023-12-07 出版日期:2025-04-28 发布日期:2025-06-03
通讯作者: 曹清林(1963—),男,博士,教授,硕士生导师,主要从事机械设计、复合材料方面的工作,cql@jsut.edu.cn。
作者简介:王居闯(1996—),男,硕士研究生,主要从事复合材料的轻量化设计与分析方面的工作。

The performance study of glass fiber-reinforced steel plate composite materials for battery pack lid

WANG Juchuang¹, CAO Qinglin^1*, QIU Rui¹, REN Mingwei², GUO Ping’an³

1. School of Mechanical Engineering, Jiangsu University of Technology, Changzhou 213001, China;
2. Dezhou Branch, Beijing Jike Guochuang Lightweighting Scientific Research Institute Co., Ltd., Dezhou 253000, China;
3. China Manchinery Industy Technology Research Institute of Precision Forming, Wuhu 241000, China

Received:2023-12-07 Online:2025-04-28 Published:2025-06-03

摘要/Abstract

摘要： 为减轻车身重量,对金属电池包上盖进行玻璃纤维复合材料轻量化设计。采用黑阻燃玻璃纤维方格布预浸料和DP590钢板一体模压成型工艺,通过试验及微观分析优选酸碱清洗、喷砂、电泳涂层处理为钢板改性最优方案。对于总厚度为1.5 mm的玻璃纤维-钢板增强复合材料设计9组正交试验,采用仿真分析与试验测试,分别对9组不同的玻璃纤维-钢板增强复合材料进行弯曲、拉伸仿真分析和测试试验,得到了复合材料力学性能,两种方法的最大相对偏差为1.49%,仿真结果可靠。对正交试验结果进行极差分析,确定了使结合强度达到最佳的工艺参数组合,即模具温度为150 ℃,模压压力为12 MPa,钢板厚度为0.8 mm,钢板复合材料结构为1+1。试验样件的剥离强度、吸水性、阻燃、热变形温度、耐电压均满足设计要求,并且减重39.4%,满足轻量化要求。

关键词: 电池包, 玻璃纤维, 钢板, 轻量化, 复合材料

Abstract: To reduce the weight of the vehicle body, a lightweight design was applied to the metal battery pack lid using glass fiber composite materials. The process involved utilizing black flame-retardant glass fiber grid cloth prepreg and DP590 steel plate integrated molding technology. Through experiments and microscopic analysis, acid-base cleaning, sandblasting, and electrophoretic coating were identified as the optimal modifications for the steel plate. Nine orthogonal experiments were designed for glass fiber-steel plate reinforced composite materials with a total thickness of 1.5 mm. Simulation analysis and experimental testing were conducted for the nine different combinations, focusing on bending and tensile simulations as well as testing experiments. The mechanical properties of the composite materials were obtained, with a maximum relative deviation of 1.49% between simulation and testing results, indicating the reliability of the simulation. Through extreme difference analysis of the orthogonal experiment results, the optimal process parameter combination was determined to achieve the best bonding strength. The recommended parameters include a mold temperature of 150 ℃, molding pressure of 12 MPa, steel plate thickness of 0.8 mm, and a 1+1 steel plate composite structure. The tested samples met design requirements for peel strength, water absorption, flame resistance, heat deformation temperature, and voltage resistance. The weight reduction achieved was 39.4%, meeting the requirements for lightweight design.

Key words: battery pack, glass fiber, steel plate, lightweight, composite materials

中图分类号:

TB332

王居闯, 曹清林, 邱睿, 任明伟, 郭平安. 玻璃纤维-钢板增强复合材料电池包上盖性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(4): 143-152.

WANG Juchuang, CAO Qinglin, QIU Rui, REN Mingwei, GUO Ping’an. The performance study of glass fiber-reinforced steel plate composite materials for battery pack lid[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2025, 0(4): 143-152.

参考文献

[1] 牛忠旺, 曹丽丽, 李其朋. 玻璃纤维增强复合材料的应用及研究现状. 塑料工业, 2021, 49(增刊1): 9-17.
[2] 徐竞雯, 谭晶, 安瑛. 汽车用纤维增强塑料的研究进展. 塑料科技, 2019, 47(9): 128-133.
[3] 刘朝晖. 复合材料在电动车辆电池包中的应用及分析. 化工管理, 2020(27): 9-10.
[4] LI X, Ll P, LIN Z. Mechanical behavior of a glass-fiber reinforced composite to steel joint for ships. Journal of Marine Science and Application, 2015, 14(1): 39-45.
[5] KOTSIDIS E A, KOULOUKOURAS I G, TSOUVALIS N G, et al. Finite element parametric study of a composite-to-steel-joint//Maritime Technology and Engineering. US: CRC Press, 2014.
[6] 张硕, 姚宁, 吴继平, 等. 玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能. 电工材料, 2016(1): 11-14, 19.
[7] 杨小军, 刘文凤. 玻璃纤维增强复合材料用环氧树脂基体性能研究. 热固性树脂, 2021, 36(1): 27-30.
[8] 刘家余, 王双双, 于晓燕. 玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的性能研究. 胶体与聚合物, 2017, 35(1): 20-21.
[9] 李永胜, 吴健, 王纬波. 玻璃纤维增强树脂基复合材料夹芯板-钢板连接接头的弯曲性能. 复合材料学报, 2018, 35(6): 1443-1451.
[10] 段端祥, 赵晓昱. 纯电动汽车碳纤维复合材料电池箱体的铺层设计研究. 玻璃钢/复合材料, 2018(6): 83-88.
[11] HARTMANN M, ROSCHITZ M, KHALIL Z. Enhanced battery pack for electric vehicle: noise reduction and increased stiffness. Materials Science Forum, 2013, 765: 818-822.
[12] 李明秋. 电池包箱体的有限元分析和结构优化设计. 长春: 吉林大学, 2017.
[13] 汪佳农, 赵晓昱. 碳纤维环氧树脂复合材料电池箱的轻量化研究. 玻璃钢/复合材料, 2016(12): 99-102, 33.
[14] 王国旺. 复合材料电动汽车电池包轻量化设计研究. 长春: 吉林大学, 2020.
[15] ZHAO X Y, ZHANG S R. Lightweight design method for electric vehicle battery boxes made by composite materials. China Mechanical Engineering, 2018, 29(9): 1044-1049.
[16] 电动车电池箱成为塑料大展拳脚之地. 国外塑料, 2012, 30(3): 63.
[17] 光红兵, 裴润奇, 陈祥, 等. 冷轧硅钢板用脱脂剂的筛选. 电工材料, 2022(6): 21-23.
[18] 李忠敏. 基于正交试验的喷砂工艺参数优化. 江苏科技信息, 2020, 37(12): 42-46.
[19] RUSSIAN O, KHAN S, BELARBI A, et al. Effect of surface preparation technique on bond behavior of CFRP-steel double-lap joints: experimental and numerical studies. Composite Structures, 2021, 255: 113048.
[20] 田成伟, 曾凡波, 陈浩铭, 等. 基于盐雾试验的镀锌板耐蚀性能研究//中国汽车工程学会. 2022中国汽车工程学会年会论文集. 北京: 机械工业出版社, 2022: 4-9.
[21] 吴珏斐. 金属防腐技术研究. 世界有色金属, 2021(15): 190-191.
[22] 胡茵, 胡鹏, 杨少华, 等. 风电机组结构件常用防腐工艺的耐盐雾腐蚀性能研究. 风能, 2023(4): 78-81.
[23] 陈心欣, 付益平, 刘秀珍, 等. 电镀锌工艺盐雾试验研究. 环境技术, 2021(增刊1): 33-36.
[24] 王毅, 邹三千, 管兵, 等. 表调对涂装防腐影响研究. 现代涂料与涂装, 2020, 23(3): 24-26.
[25] 全国纤维增强塑料标准化技术委员会. 纤维增强塑料拉伸性能试验方法: GB/T 1447—2005. 北京: 中国标准出版社, 2005: 5.
[26] 全国纤维增强塑料标准化技术委员会. 纤维增强塑料弯曲性能试验方法: GB/T 1449—2005. 北京: 中国标准出版社, 2005: 5.
[27] 孙奋丽. 汽车电池包上盖模压工艺优化研究. 北京: 机械科学研究总院, 2022.
[28] 全国纤维增强塑料标准化技术委员会. 夹层结构滚筒剥离强度试验方法: GB/T 1457—2022. 北京: 中国标准出版社, 2022: 4.
[29] 全国纤维增强塑料标准化技术委员会. 玻璃纤维增强塑料蜂窝芯子吸水性试验方法: JC/T 289—2010. 北京: 中国标准出版社, 2010: 11.
[30] 全国纤维增强塑料标准化技术委员会. 塑料负荷变形温度的测定第1部分: 通用实验方法: GB/T 1634.2—2019. 北京: 中国标准出版社, 2019: 5.

玻璃纤维-钢板增强复合材料电池包上盖性能研究

The performance study of glass fiber-reinforced steel plate composite materials for battery pack lid

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	王伟伦, 曹子荷, 俞星辰, 卢弈先, 曹东风, 胡海晓, 冀运东, 李书欣. 大厚度L形复合材料层合板残余应变监测和失效行为研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(4): 1-10.
[2]	秦成, 查一斌, 张联合, 任浩, 程亚男, 李永丰, 刘勇, 张辉. 不同缝合密度和层数的单向碳纤维织物复合材料结构与性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(4): 11-19.
[3]	孙士勇, 李海林, 王俊龙. 针刺陶瓷基复合材料孔隙缺陷参数化表征及其弹性参数预测[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(4): 20-27.
[4]	乐午阳, 罗浩, 吴医博, 周何乐子, 周华民. 基于椭圆张量叠加的剪切变形二维纤维织物渗透率预测模型[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(4): 28-36.
[5]	何晓红, 吕健, 翟少杰, 杨尚谕, 赵新波. 钢/碳纤维复合材料胶-编混合搭接接头破坏试验及强度分析[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(4): 37-46.
[6]	黄选红, 王永钢. 混合元分裂因子的取值与层合板静力学问题分析[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(4): 47-56.
[7]	于峰, 施坤, 管玉聪, 方圆, 许波. 低周反复荷载作用下芯钢管连接的PVC-CFRP管混凝土柱-RC梁边节点应变分析[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(4): 57-67.
[8]	李渔, 司晓亮, 黄业园, 李志宝, 段泽民. 碳纤维复合材料雷击损伤及防护试验与仿真研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(4): 68-73.
[9]	崔巍, 彭欢玲, 王红伟, 雷红梅. 连续纤维增强陶瓷基复合材料层间Ⅰ型断裂损伤演化及其电阻率响应分析[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(4): 82-88.
[10]	吴轶城, 廖英强, 张弛. 湿法缠绕中碳纤维与芯模材料间摩擦行为研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(4): 89-95.
[11]	张高涛, 方志刚, 倪爱清, 边天涯, 李想, 李亮, 王继辉. 弯曲载荷下复合材料胶-螺混合连接结构破坏模式研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(4): 96-102.
[12]	葛平, 孔鹏, 马国闰, 唐宇航. GFRP及其基体树脂的热变形温度与玻璃化转变温度的相关性[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(4): 103-108.
[13]	刘聪, 夏绍灵, 许纪贤, 赵聪聪, 郭升东, 贾煜. 功能化氧化石墨烯改性酚醛树脂微发泡复合材料的制备与性能[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(4): 109-116.
[14]	吉冯春, 彭志航, 杨鑫, 向阳, 冯坚. 杂化酚醛树脂/玻璃纤维隔热瓦的制备及性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(4): 117-124.
[15]	石林鑫, 王海军, 王洪磊. CFRP基材矿用安全头盔轻量化设计与优化[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(4): 125-134.